Анализ вулканических газов следует процессу, называемому инструментальной масс-спектрометрией, который требует двух вещей: портативности и низкого энергопотребления. Таким образом, обе эти функции присутствуют в вакуумном насосе, что делает его наиболее полезной машиной для мониторинга вулканических газов. Этот тип насоса полезен для определения количественного молекулярного анализа вулканических и атмосферных газов с использованием масс-спектрометрии с ионными ловушками. Некоторые из наиболее распространенных газов, которые может обнаружить насос, — это CO2, CH4, H2S, SO, H2O, CO, O2, Ar, CO2, H2O, N2, He и H2.
Некоторые из машин, использовавшихся ранее, такие как квадрупольные МС и магнитный сектор с турбомолекулярными вакуумными насосами, были не так эффективны, как современные вакуумные насосы, потому что они использовали вакуум с ионной накачкой без испарения и авторезонансную ионную ловушку МС, работающую на низкой мощности. Насос мог работать только при максимальной мощности 25 Вт, чего было недостаточно для обнаружения газов, доступных для анализа при извержении вулкана.
С другой стороны, в новейших вакуумных насосах используется отношение масс-спектрального отклика, которое объединяет измерения общего давления различных газов, обеспечивая, таким образом, точные данные для дальнейшего анализа. Это позволяет ученым генерировать данные в режиме реального времени и помогает им точно определить состав вулканических газов.
Мониторинг газов при помощи вакуумного насоса
На протяжении многих лет ученые использовали различные методы мониторинга для выявления различных вулканических газов. Эти методы основаны на законах геохимии и геофизики, гарантирующих точность собранной информации на 100%. Появление вакуумных насосов упростило определение типов газов и их анализ, поскольку с их помощью можно изучать движение магмы, происходящее в недрах вулкана.
В дополнение к использованию вакуумного насоса для изучения вибраций вулкана, ученые также используют насос для отбора проб газа. Они берут пробы газа в разных временных масштабах и сравнивают их на основе различных факторов, таких как мониторинг сейсмичности, вероятность землетрясения, наклон тектонических плит и температура грунта. Изучение этих факторов позволяет ученым и геологам прогнозировать предстоящие извержения, тем самым заранее предоставляя информацию людям, живущим поблизости, чтобы они оставались в безопасности и не выходили из своих домов до и после извержения.
Преимущества применения вакуумного насоса для выявления различных газов
Одним из наиболее важных выводов, сделанных после детального анализа вулканических газов, является то, что вулканы в основном выделяют водяной пар, SO2, CO2 и H2S. Показания вакуумного насоса показали, что вулканы также выделяют такие газы, как монооксид углерода, метан, плавиковая кислота, соляная кислота, гелий и водород. Многие геологи также считают, что вулканы испытывают поток SO2, и это стало возможным благодаря рабочему механизму вакуумных насосов.
Однако вакуумный насос — не единственная машина, используемая для анализа вулканических газов. Инструментальный мониторинг также включает в себя использование масс-спектрометрии и инфракрасных датчиков в сочетании с вакуумными насосами. В то время как вакуумные насосы помогают извлекать газы из вулканов, инфракрасные датчики идентифицируют различные газы. В дополнение к масс-спектрометрии и инфракрасным датчикам некоторые геологи также используют диодный лазер, который работает по принципу натурного спектрометра.
Вакуумный насос вместе с другими устройствами непрерывно контролирует концентрацию водяного пара и CO2 в различных активных вулканах. Хотя ранее для определения сходных газов использовалось множество приборов, они не могли обеспечить точное измерение, поскольку машины не могли удерживать захваченные ими газы. Благодаря вакуумным насосам теперь можно удерживать газы так долго, как только возможно. Это связано с давлением всасывания насоса и его способностью поддерживать атмосферное давление при заданной температуре.
Области применения вакуумных насосов в геологии?
Вулканические газы содержат как органические, так и неорганические соединения, которые геологам необходимо выяснить, чтобы лучше понять движение магмы. Некоторые из причин, по которым вакуумные насосы необходимы для анализа вулканического газа, заключаются в следующем:
- Непрерывный мониторинг движения вулканических газов и магмы
- Геологические и неорганические материалы, содержащиеся в вулканических газах
- Наличие летучих органических
- Присутствие газов окружающей среды, таких как CO2, SO2 и подводные газы, если таковые имеются
- Мониторинг технологических процессов, таких как производство стали, нефти и промышленных газов
Методы мониторинга для выявления различных газов
Газовая хроматография – для обеспечения того, чтобы насос мог успешно подавать столько газа, сколько требуется для детального анализа, требуется образец большего размера. Он также обладает большей способностью к идентификации соединений, что позволяет геологам и ученым выяснить, какие газы ответственны за извержение вулканов.
Жидкостная хроматография – она измеряет меньшее количество летучих газов и большую молекулярную массу различных типов газов.
Газовая хроматография
Газовая хроматография — это метод колоночной хроматографии с использованием инертного газа (N2, He, Ar, H2 и т.д.) в качестве подвижной фазы. Смешанный газ разделяется на основе различий в физических и химических свойствах, таких как температура кипения, полярность и адсорбция вещества. Хроматографическая система состоит из:
- источника чистого газа-носителя,
- входа для отбора проб (испаритель для жидкой пробы),
- хроматографической колонки
- и детектора (для разделения во времени).
По мере прохождения компонентов выходное значение сигнала детектора изменяется в соответствии с компонентами.
Газовая хроматография–масс-спектрометрия представляет собой комбинацию газового хроматографа и масс-спектрометра. Масс-спектрометрия может выполнять качественный анализ, но она бессильна для анализа сложных органических соединений; хроматография является эффективным методом разделения органических соединений, особенно подходящим для количественного анализа органических соединений, но хроматографию трудно использовать для качественного анализа. Таким образом, комбинация этих двух методов позволяет эффективно и количественно анализировать сложные органические соединения в сточных водах.
Жидкостная хроматография
Жидкостная хроматография используется для анализа нелетучих или термически лабильных соединений, которые не могут быть проанализированы с помощью газовой хроматографии.
В жидкостной хроматографии подвижной фазой, как следует из названия, является жидкость; неподвижная фаза представляет собой мелкодисперсный порошок. Это может быть оксид алюминия или диоксид кремния, известный как нормальная фаза, или оксид алюминия или диоксид кремния, покрытый октадецилсиланом (ODS), известным как обратная фаза. Колонки с нормальной фазой являются полярными и имеют неполярную подвижную фазу, обычно изготовленную из органических растворителей, таких как гексан, тетрагидрофуран или изооктан. Эти колонки будут удерживать полярные соединения дольше, чем неполярные соединения. Колонки с обратной фазой являются неполярными и имеют полярную подвижную фазу, обычно изготовленную из воды и водорастворимых растворителей, таких как метанол и ацетонитрил. Эти колонки сохраняют неполярные соединения дольше, чем полярные соединения. Колонки промежуточной полярности можно получить, не покрывая все гидроксильные группы на диоксиде кремния и оксиде алюминия октадецилсиланом. Эти промежуточные столбцы рассматриваются как столбцы обратной фазы.
Наиболее часто используемым детектором в жидкостной хроматографии является ультрафиолетовый детектор. Это позволит обнаружить любой компонент, который поглощает ультрафиолетовый свет с частотой, установленной на приборе. Современные детекторы ультрафиолетового излучения имеют регулируемую частоту, поэтому их можно настроить на оптимальную длину волны для конкретного применения. Самые универсальные детекторы будут регистрировать весь ультрафиолетовый спектр каждого компонента по мере его выделения.
Недостатки анализа газов
Анализировать вулканические газы непросто. Несмотря на то, что вакуумные насосы облегчают этот процесс, геологам все еще приходится сталкиваться с некоторыми ограничениями.
- Реагирующие газы затрудняют обнаружение различных типов газов.
- Скорость измерения, разрешение по массе и пределы обнаружения цели всегда должны соответствовать возможностям насоса.
- Может стать невозможным растворение сложных смесей.
Я хотел бы выразить свою глубокую благодарность за столь полезную информацию о методах мониторинга, которые применяются для выявления различных газов. Особенно интересным я нашел метод хромато-масс спектрометра, который позволяет определить состав газообразных смесей с высокой точностью. Это действительно важно с точки зрения безопасности на рабочем месте и защиты окружающей среды. Благодаря таким методам мониторинга мы можем оперативно реагировать на утечки опасных газов и защищать себя и окружающих. Еще раз большое спасибо за информацию, которая будет полезна многим людям.